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摘要： 研究了基于PLC的运料小车变频器设计，利用PLC与变频器控制电动机实现多段速调控，实现了运料小车自动往返稳定运动控制，出发地停十秒装货，目的地停十秒卸货。
关键词： PLC; 变频器; 运料小车
中图分类号： TP27 文献标识码： A
Design of Inverter for material handling car based on PLC
GONG Shu-juan， WANG Xin-lei
（Hengshui Institute of mechanical and electrical engineering， Department of Physics and Electronic
Information， Hengshui University， Hengshui 053000， china）
Abstract： The design of frequency converter of feeding car based on PLC is designed， PLC and frequency converter is used to control the motor to realize multi-stage speed control， so as to make the automatic round-trip of the feeding car is normal and stable. From stop for ten seconds to load and to stop for ten seconds to unload..
Key words： PLC; inverter; the feeding car
1 绪论
如今，由于工业技術的不断发展，为了减少人力，因此运料小车需要实现自动化控制，提高工作效率，齿轮传动无法实现实时变速，直流电动机无法实现要求，因此人们开始使用三相异步电动机，而单靠电动机其调速特性无法满足要求。因此，在运料小车自动化中变频调速尤为重要[1-3]。本文中PLC与变频器共同作用来调节电动机的输入频率，从而实现较好的电动机平滑变速，稳定运行和启动停止。
PLC是一种可编程的控制器，是由自动控制技术、计算机网络技术以及通信技术等组合而成[4]。由于PLC可靠性高、编程简单、易于维护，被广泛应用于各种控制系统[5]。
目前最好的调速方法其中就有变频调速，在变频调速中采用变频器的原因是由于：（1）变频器容易实现自动控制。（2）变频器调速范围大，精确度高。（3）变频器调速平滑，效率较高[6]。
以往的运料小车是使用单台0.75kw的电动机驱动，只能简单的进行往复运动。要控制运料小车实现前后运动，只能采用两个交流接触器，一个控制正转，另一个控制反转。要实现小车运料就要在轨道两端安装限位，小车上的限位开关接触到限位后电机停转并抱死，但由于小车的惯性，会使小车冲出轨道或者猛撞，导致设备寿命下降，故障增多，加大维修量。同时在实际运料中，小车行进速度无法控制，小车的电机抱死后会出现材料飞出或倾洒等现象，影响生产效率[7]。
本文使用PLC与变频器进行连接，通过PLC编程从而实现二进制编码输出。通过计算小车运行时各段的速度、时间与位移的关系，在PLC编程中应用计时器来计时，过一段时间速度变化一次。
2 程序的编制与参数的设定
2.1 变频器参数的设定
在确定电路图的接线正确后，设定变频器参数，首先给变频器接通380V三相电，然后将变频器恢复到出厂设置，防止之前使用时设定的其它参数影响。设置P0010=30，P0970=1，然后按下P键，一段时间后恢复出厂设置。其它变频器参数设置见下表。
2.2 PLC的I/O配置和调速系统电路图
S7-200型PLC的I/O配置见表2。PLC数字输出对应MM440变频器的20HZ、50HZ、20HZ、5HZ、-50HZ、-20HZ、-10HZ七种状态下的运行频率，见表3。调速系统电路图如图1所示。
2.3 PLC的程序设计
3 系统的调试
3.1 硬件系统调试
硬件系统包括两部分连接，一是PLC与变频器的连接，其中要检查各部分是否正确接地，以保证实验的安全，其次检查PLC与变频器接线是否正确稳定。二是变频器与电动机的连接。检查接线是否正确稳定，变频器与三相电的连接之间是否加装保护措施，变频器与电动机一定要接地。
3.2 软件系统调试
软件部分主要是PLC的编程，进行实验时要不断根据试验情况调试程序。硬件部分的连线确定正确后，开始对每一段变速进行测试，观察是否变速良好，行进的距离是否合理不断进行修改完善。
3.3 整体调试
将PLC、变频器与电动机连接好后，闭合开关，电动机可以稳定运行，并进行7段变速，能够实现自动化运料。经过不断多次测试后表明，运料小车的自动化可以很好实现，没有速度错误的现象。
4 结束语
系统的整体设计，将变频器与PLC，软件和硬件结合在一起，实现了运料小车自动化。本系统已经实现了以下功能：
运料小车可以自主的行驶在预定的轨道上。在行走途中，小车可以稳定的行驶，并平滑变速，当小车要停止时会降低行驶速度，从而避免小车冲出轨道。到达送料点后，小车停止10S，然后快速返回起点。
从运料小车的行驶状况来看，小车的变速状况良好，但是本次设计可以发挥的空间还很大，自动运料小车也可以达到更好的效果。在实验条件允许的情况下，可以进一步提高本次设计的效率和质量。
参考文献：
[1]王 树. 变频调速系统设计与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2]薛晓明. 变频器技术与应用[M]. 北京：北京理工大学出版社，2009.
[3]姚锡禄. 变频器控制技术与应用[M]. 福建：福建科学技术出版社，2005.
[4]甘梓坚. 电机多段速控制中PLC和变频器技术探析[J]. 中国新技术新产品，2018（05）：7-8.
[5]喻正生，陈 凯，左文霞. PLC 在卷扬上料小车自动控制系统中的应用[J]. 金属世界，2005：42 -44.
[6]董剑锐. 变频器的概述与应用及日常维护[J]. 赤子（上中旬），2014（15）：300.
[7]张 潘，刘尚孟. 变频器在斗轮取料机小车电机控制中的应用[J]. 中小企业管理与科技（中旬刊），2017（05）：139-140.
收稿日期：2019-04-11
关键词： PLC; 变频器; 运料小车
中图分类号： TP27 文献标识码： A
Design of Inverter for material handling car based on PLC
GONG Shu-juan， WANG Xin-lei
（Hengshui Institute of mechanical and electrical engineering， Department of Physics and Electronic
Information， Hengshui University， Hengshui 053000， china）
Abstract： The design of frequency converter of feeding car based on PLC is designed， PLC and frequency converter is used to control the motor to realize multi-stage speed control， so as to make the automatic round-trip of the feeding car is normal and stable. From stop for ten seconds to load and to stop for ten seconds to unload..
Key words： PLC; inverter; the feeding car
1 绪论
如今，由于工业技術的不断发展，为了减少人力，因此运料小车需要实现自动化控制，提高工作效率，齿轮传动无法实现实时变速，直流电动机无法实现要求，因此人们开始使用三相异步电动机，而单靠电动机其调速特性无法满足要求。因此，在运料小车自动化中变频调速尤为重要[1-3]。本文中PLC与变频器共同作用来调节电动机的输入频率，从而实现较好的电动机平滑变速，稳定运行和启动停止。
PLC是一种可编程的控制器，是由自动控制技术、计算机网络技术以及通信技术等组合而成[4]。由于PLC可靠性高、编程简单、易于维护，被广泛应用于各种控制系统[5]。
目前最好的调速方法其中就有变频调速，在变频调速中采用变频器的原因是由于：（1）变频器容易实现自动控制。（2）变频器调速范围大，精确度高。（3）变频器调速平滑，效率较高[6]。
以往的运料小车是使用单台0.75kw的电动机驱动，只能简单的进行往复运动。要控制运料小车实现前后运动，只能采用两个交流接触器，一个控制正转，另一个控制反转。要实现小车运料就要在轨道两端安装限位，小车上的限位开关接触到限位后电机停转并抱死，但由于小车的惯性，会使小车冲出轨道或者猛撞，导致设备寿命下降，故障增多，加大维修量。同时在实际运料中，小车行进速度无法控制，小车的电机抱死后会出现材料飞出或倾洒等现象，影响生产效率[7]。
本文使用PLC与变频器进行连接，通过PLC编程从而实现二进制编码输出。通过计算小车运行时各段的速度、时间与位移的关系，在PLC编程中应用计时器来计时，过一段时间速度变化一次。
2 程序的编制与参数的设定
2.1 变频器参数的设定
在确定电路图的接线正确后，设定变频器参数，首先给变频器接通380V三相电，然后将变频器恢复到出厂设置，防止之前使用时设定的其它参数影响。设置P0010=30，P0970=1，然后按下P键，一段时间后恢复出厂设置。其它变频器参数设置见下表。
2.2 PLC的I/O配置和调速系统电路图
S7-200型PLC的I/O配置见表2。PLC数字输出对应MM440变频器的20HZ、50HZ、20HZ、5HZ、-50HZ、-20HZ、-10HZ七种状态下的运行频率，见表3。调速系统电路图如图1所示。
2.3 PLC的程序设计
3 系统的调试
3.1 硬件系统调试
硬件系统包括两部分连接，一是PLC与变频器的连接，其中要检查各部分是否正确接地，以保证实验的安全，其次检查PLC与变频器接线是否正确稳定。二是变频器与电动机的连接。检查接线是否正确稳定，变频器与三相电的连接之间是否加装保护措施，变频器与电动机一定要接地。
3.2 软件系统调试
软件部分主要是PLC的编程，进行实验时要不断根据试验情况调试程序。硬件部分的连线确定正确后，开始对每一段变速进行测试，观察是否变速良好，行进的距离是否合理不断进行修改完善。
3.3 整体调试
将PLC、变频器与电动机连接好后，闭合开关，电动机可以稳定运行，并进行7段变速，能够实现自动化运料。经过不断多次测试后表明，运料小车的自动化可以很好实现，没有速度错误的现象。
4 结束语
系统的整体设计，将变频器与PLC，软件和硬件结合在一起，实现了运料小车自动化。本系统已经实现了以下功能：
运料小车可以自主的行驶在预定的轨道上。在行走途中，小车可以稳定的行驶，并平滑变速，当小车要停止时会降低行驶速度，从而避免小车冲出轨道。到达送料点后，小车停止10S，然后快速返回起点。
从运料小车的行驶状况来看，小车的变速状况良好，但是本次设计可以发挥的空间还很大，自动运料小车也可以达到更好的效果。在实验条件允许的情况下，可以进一步提高本次设计的效率和质量。
参考文献：
[1]王 树. 变频调速系统设计与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2]薛晓明. 变频器技术与应用[M]. 北京：北京理工大学出版社，2009.
[3]姚锡禄. 变频器控制技术与应用[M]. 福建：福建科学技术出版社，2005.
[4]甘梓坚. 电机多段速控制中PLC和变频器技术探析[J]. 中国新技术新产品，2018（05）：7-8.
[5]喻正生，陈 凯，左文霞. PLC 在卷扬上料小车自动控制系统中的应用[J]. 金属世界，2005：42 -44.
[6]董剑锐. 变频器的概述与应用及日常维护[J]. 赤子（上中旬），2014（15）：300.
[7]张 潘，刘尚孟. 变频器在斗轮取料机小车电机控制中的应用[J]. 中小企业管理与科技（中旬刊），2017（05）：139-140.
收稿日期：2019-04-11